Využití laserového skenování v praxi

Firma Stavební geologie - Geotechnika, a. s. má se skenovacím systémem Cyrax 2500, který sama vlastní, bohaté zkušenosti. Hlavní předností systému je rychlost, přesnost a komplexnost záznamu dat. Využití je obrovské. Ve stavebnictví se s ním zaměřují tunely, štoly, nepřístupné skalní masivy, historické objekty, mosty, pod podjezdy, fasády budov, technologické celky a konstrukce. Systém Cyrax se používá také při archeologických pracích nebo např. ve filmovém průmyslu.

O moderní měřicí geodetické metodě – laserovém skenování bylo v posledních letech napsáno hodně, a to nejen v tomto časopise. Rád bych se zde věnoval především praktickému využití laserového skenovacího systému Cyrax 2500, se kterým má naše pracoviště inženýrské geodézie společnosti Stavební geologie - Geotechnika, a.s. více než dvouleté zkušenosti.

Těžištěm naší práce se systémem Cyrax jsou především aplikace laserového skenování při řešení inženýrských a geotechnických úloh, a to zejména zaměřování skutečného stavu podzemních staveb jako jsou tunely a štoly, dále je to zaměřování nepřístupných skalních objektů, inženýrských a pozemních staveb. V neposlední řadě také zaměřujeme skutečný stav architektonických památek, archeologických vykopávek či interiérů filmových kulis.

Součástí laserového skenovacího systému Cyrax 2500 je skener kamerového typu se schopností zaměřovat objekty až do vzdálenosti 100 m (doporučená pracovní vzdálenost je do 50 m). Měření je založeno na principu prostorové polární metody, vzdálenost se určuje pomocí tranzitního času. Systém se skládá ze skeneru, ovládacího a zpracovatelského programu Cyclone a z příslušenství. Zorné pole skeneru je 40° x 40°. Rychlost měření je 1 000 bodů za sekundu, maximální počet bodů získaný z jednoho skenu je dán součinem 999 x 999. Skenování probíhá s přesností 6 mm pro jednotlivý bod ve vzdálenosti 1,5 až 50 m od skeneru a přesnost pro vymodelovanou plochu je 2 mm.

Nyní můžeme přejít k jednotlivým aplikacím zaměřování objektů laserovým skenerem Cyrax 2500 a věnovat se jim detailněji.

Tunely

Zaměření skutečného stavu tunelového ostění je důležité nejenom z hlediska dodržení průjezdnosti tunelové trouby, ale také z hlediska rychlé a efektivní kontroly kvality podzemního díla v jednotlivých etapách výstavby.

Přesné zaměření skutečného stavu primárního i sekundárního ostění tunelové trouby má za cíl zjistit odchylky od projektu a určit případnou kubaturu nadvýlomů. Ve většině případech probíhá měření tunelové trouby v souladu se stavební činností a dochází k částečnému zastínění od stavební mechanizace, ventilace či kabelů. Je nezbytné, aby byla zachycena celá geometrie trouby, skenujeme proto z více stanovisek a tím překážky eliminujeme. Systém Cyrax v žádném případě neomezuje stavební činnost a může skenovat i v naprosté tmě. Je ale třeba přizpůsobit technologii měření daným podmínkám. Zaměření tunelové trouby provádíme po etapách a pro každý sken volíme maximální hustotu bodů. Po ukončení terénních prací následuje zpracování naměřených dat, z každé etapy jsou to řádově milióny bodů. Prvotním úkolem je v programu Cyclone mračna bodů vyčistit od takzvaného šumu (ventilátor, stavební mechanizace, kabely atp.). Z již očištěných mračen vybíráme část v itervalu 10 až 50 m od pozice skeneru, tedy oblast, kde je zaručena dostatečná přesnost určení prostorové polohy bodů. Ve speciálních modulech programu Atlas, které byly vytvořeny ve spolupráci s našimi specialisty, pak zhotovíme mapu odchylek stavu ostění od projektového profilu jako rozvinutý povrch tunelového pásu. Odchylky povrchu tunelu od projektu jsou znázorněny pomocí barevné škály. Dalším výstupem jsou vykreslené příčné profily tunelu, opět s barevným zobrazením odchylek (viz obr. 2). Z naměřených hodnot jsou numericky vyhodnocovány kubatury nadvýlomů a podvýlomů.

Nejvýznamnějšími zakázkami z oblasti podzemních staveb, kde SG – Geotechnika, a.s. provedla zaměření, byly městské silniční tunely Mrázovka, železniční tunely Krasíkov, jednolodní stanice metra Kobylisy, část železničního tunelu Březno, průzkumná štola dálničního tunelu Valík nebo silniční tunel Fontain ve Francii. V současnosti probíhají práce na dálničních tunelech Panenská.

Skalní masivy

Zaměření skutečného stavu nepřístupného skalního masivu systémem Cyrax se stalo téměř klasickou úlohou. Zde se výrazně projevuje výhoda laserového skenování oproti konvenčním metodám – rychlé a přesné bezkontaktní zaměření z bezpečné vzdálenosti. Laserové skenování je zde kombinováno s běžnými geodetickými metodami jako je zaměření vlicovacích bodů a paty masivu totální stanicí. Pro značnou členitost skalního masivu je jeho zaměření provedeno z více stanovisek. Počáteční zpracování v programu Cyclone je ve všech úlohách stejné. Po provedené transformaci jednotlivých mračen bodů do požadovaného souřadného systému následuje očištění např. od vegetace. V dalším kroku se již očištěná mračna bodů spojí v jeden celek a ten pak slouží jako podklad pro vyhotovení digitálního modelu skalního masivu. Z modelu je pak možné generovat jednotlivé příčné řezy či vrstevnice (obr. 3) a následně je exportovat např. do grafického prostředí programů AutoCAD a Microstation pro zpracování projektů sanací skalních svahů a odřezů.

Chladicí věž tepelné elektrárny

Zajímavým úkolem bylo zaměření skutečného stavu chladící věže č. 4 tepelné elektrárny v Chvaleticích (obr. 4). Jednalo se o 100 m vysokou a nepřístupnou věž. Přesné zachycení celé geometrie věže bylo provedeno celkem 12 skeny, z toho 5 jich bylo použito pro detailní doměření její horní části. Poprvé jsme zde využili novou verzi programu Cyclone 4, zejména jeho modul REGISTER, který umožňuje spojit mračna bodů jak pomocí vlícovacích bodů, tak pomocí překrytů. Tuto novinku jsme ocenili v případě nedostatečného odstupu od věže, kdy bylo třeba měřit odděleně její horní a spodní část. Zaměření skutečného stavu věže sloužilo jako podklad pro její statické posouzení.

Fasády budov

Úloha na zaměření skutečného stavu fasád, za účelem kontroly jejich rovinatosti, byla uplatněna v rámci výstavby komplexu Německé školy v Praze 5. Výsledkem naší práce bylo vyhotovení mapy odchylek skutečného stavu fasády od projektovaných rovin. Po ukončení betonovacích prací na 4 objektech komplexu, jsme provedli se systémem Cyrax přesné zaměření fasád. Při zpracování této úlohy jsme čerpali z našich zkušeností s tunely. V programu Cyclone bylo provedeno základní zpracování naměřených dat, tj. připojení do jednotného souřadného systému, očištění od nadbytečných bodů mimo měřený objekt (terén, lešení). V další fázi byl pomocí programu Atlas zpracován digitální model zvláš. pro každou rovinu na fasádě. Grafická interpretace velikosti odchylek od projektované plochy byla vyhotovena ve formě kótovaného pohledu na fasádu ve čtvercové síti 1x1m (obr. 5).

Další zajímavou aplikací bylo zaměření skutečného stavu části prostoru malé dvorany Veletržního paláce v Praze, za účelem vyhotovení podkladu pro prováděcí projektovou dokumentaci výstavby nového panoramatického výtahu. Měření ochozů bylo opět provedeno systémem Cyrax (obr. 6). Prostor 1. a 2. suterénu byl měřen polární metodou totální stanicí z dočasně stabilizovaných bodů polygonového pořadu připojeného na povrch provážením výtahovými šachtami a schodišťovým prostorem. Souřadný a výškový systém byl zaveden místní. Měření z laserového skeneru bylo zpracováno v programu Cyclone, jednotlivé mraky bodů byly transformovány do místního souřadného systému a vymodelovány roviny ochozů. Následně byly vygenerovány svislé řezy v rovině definované osou vodících tyčí výtahu kolmou na hranu 6. podlaží. Řezy byly dále zpracovány v AutoCADu (spojení s řezem suterénů a okótování).

Historické památky

Z této oblasti patří mezi významné úlohy zaměření skutečné trojrozměrné geometrie horní části levé věže kostela sv. Mikuláše na Staroměstském náměstí v Praze. Výsledkem zaměření bylo vyhotovení 3D modelu. Z modelu pak byly vygenerovány vodorovné a příčné řezy, které jsme pak exportovali do grafického prostředí programu AutoCAD.

Další aplikací systému Cyrax bylo zaměření vápenné pece v lokalitě bývalé jezuitské koleje v Kutné Hoře či měření v podzemní kryptě baziliky ve francouzském Lyonu (obr. 7). V současné době probíhají práce na měření podzemních prostor Pražského hradu.

Obr. 6: Zaměření ochozu malé dvorany Veletržního paláce v Praze systémem Cyrax v místě budoucího výtahu

Obr. 7: Bazilika v Lyonu – 3D model části sloupů se znázorněním vybraných rozměrů

Filmové kulisy

Další využití systému Cyrax se velmi osvědčilo ve filmovém průmyslu. Přesné zaměření interiérů a exteriérů kulis slouží pro získání digitalizovaných scenérií filmové virtuální reality. Komplexní a přesné zachycení geometrie složitých kulis je při použití konvenčních metod v podstatě nemožné. Výstupem z programu Cyclone může být seznam souřadnic v textovém formátu .txt, nebo přímo trojúhelníková sít‘ ve formátech *.dxf a *.dwg (obr. 8). Spolupracovali jsme na filmech HELLBOY a ALIEN VERSUS PREDATOR.

Závěr

Jak je patrné z popsaných praktických aplikací, laserový skenovací systém Cyrax 2500, který SG – Geotechnika, a.s. používá již více než 2 roky, se stále častěji uplatňuje nejen v různých sférách stavebnictví, při rekonstrukcích historických památek, sanacích skalních stěn, ale nově také ve filmovém průmyslu. Technologií Cyrax získává klient v porovnání s tradičními metodami přesnější, spolehlivější a především komplexnější výsledky zaměření, včetně prostorového modelu.

Literatura
Firemní literatura CYRA Technologies, Inc Archiv společnosti SG - Geotechnika, a.s. PACHTA V.: Laserové skenování, Tunel 3/2002
KAŠPAR M., POSPÍŠIL J., ŠTRONER M., KŘEMEN T., TEJKAL M.: Laserové skenovací systémy ve stavebnictví. Vydavatelství Vega, spol. s.r.o., Hradec Králové 2003
KŘEMEN K., KŘEMEN T.: Dokumentace skutečného tvaru tunelového ostění, Zeměměřič 5/2003